چگونه ناوگانی از قایق‌های بدون سرنشین بادبانی فهم ما را از اقیانوس تغییر می‌دهد

ما از سیارات دیگر بیشتر از سیاره خودمان می‌دانیم، و امروز می‌خواهم نوع جدیدی از روبات را به شما نشان دهم که برای کمک به شناخت بهتر سیاره خودمان طراحی شده است. به دسته‌ای تعلق دارد که در محافل اقیانوس‌شناسی بعنوان وسیله سطحی بدون سرنشین یا USV شناخته می‌شود. و هیچ سوختی مصرف نمی‌کند. در عوض، از نیروی باد برای حرکت استفاده می‌کند. با این وجود می‌تواند در هر بار ماه‌ها در سرتاسر جهان دریانوردی کند. خب می‌خواهم بگویم چرا این وسیله را ساخته‌ایم، و این برای شما چه اهمیتی دارد.
چند سال قبل، من سوار بر یک قایق بادبانی در اقیانوس آرام مسیر سانفرانسیسکو تا هاوایی را طی می‌کردم. تا قبل از آن بدون توقف ۱۰ سال در حوزه توسعه بازی‌های ویدیویی برای صدها میلیون مشتری کار کرده بودم، و می‌خواستم یک قدم به عقب برگردم و به تصویر بزرگ نگاه کنم و به زمانی برای تفکر ضروری‌تر نیاز داشتم. من در قایق، مسیریاب بودم، و یک بعد از ظهر پس از مدت زیادی تحلیل داده‌های آب و هوایی و ترسیم مسیرمان، به عرشه آمدم و این غروب زیبا را دیدم. و فکری به ذهنم رسید: ما واقعاً چقدر در مورداقیانوس‌ها می‌دانیم؟ دور تا دور من تا جایی که چشم کار می‌کرد همه‌اش اقیانوس آرام بود، و امواج داشتند قایق ما را به شدت تکان می‌دادند، که یادآور قدرت ناگفته آن است. ما واقعاً چقدر در مورداقیانوس‌ها می‌دانیم؟ تصمیم گرفتم که قضیه را دریابم.
چیزی که سریع فهمیدم این بود که ما چیز زیادی نمی‌دانیم. دلیل اول اینکه اقیانوس‌ها اینقدر وسیع هستند، که ۷۰ درصد سطح سیاره را پوشانده‌اند، و می‌دانیم که سیستم‌های پیچیده سیاره‌ای را بوجود می‌آورند مثل آب و هوای جهانی، که روزانه بر همه ما اثر می‌گذارد، گاهی تأثیرهای بسیار شدید. و همچنان بیشتر این فعالیت‌ها از دیده‌ها نهان است.
با هر معیاری که بسنجیم اطلاعات اقیانوس‌ها کم هستند. برگردیم به خشکی، من با تعداد زیادی حسگر کار کرده‌ام -- در واقع میلیاردها حسگر. اما در مورد دریا، اطلاعات کمیاب است و گران‌قیمت. چرا؟ چون تمام اطلاعات حاصل تعداد کمی از کشتی‌ها و شناورهاست. تعداد اینقدر کم است که موجب تعجب می‌شود. سازمان ملی اقیانوس و جو، یا بهتر بگویم NOAA، فقط ۱۶ کشتی دارد، و در جهان کمتر از ۲۰۰ بویه تحقیقاتی وجود دارد. فهم علت این موضوع آسان است: اقیانوس‌ها مکانی بی‌رحم هستند، و برای جمع‌آوری اطلاعات نیازمند یک کشتی بزرگ هستید، که بتواند میزان زیادی سوخت و تعداد زیادی خدمه با خود حمل کند، که هر کشتی صدها میلیون دلار هزینه دارد، یا بویه‌های بزرگی که به کف اقیانوس با کابل‌های چهار مایلی مهار شده‌اند و با دسته‌ای از چرخ‌های قطار لنگر شده‌اند، که هم ارسال آن خطرناک است و هم نگهداری آن گران تمام می‌شود.
ممکن است بپرسید اما ماهواره‌ها چه؟ خب، ماهواره‌ها خارق‌العاده هستند، و چیزهای زیادی در مورد جهان در چند دهه اخیر به ما آموخته‌اند. به هر حال، مشکل ماهواره‌ها این است که می‌توانند فقط یک میکرون از سطح اقیانوس را ببینند. ماهواره‌ها رزولوشن مکانی و زمانی پایینی دارند، و سیگنال‌ها نیاز است که به خاطر پوشش‌های ابر، عوارض زمین و دیگر عوامل تصحیح شوند.
خب در اقیانوس‌ها چه می‌گذرد؟ و سعی داریم چه چیزی را اندازه بگیریم؟ و یک ربات چه کاربردی می‌تواند داشته باشد؟
بگذارید روی یک مکعب کوچک در اقیانوس زوم کنیم. یکی از چیزهایی که می‌خواهیم بدانیم سطح است، چون سطح را اگر در موردش فکر کنید، ارتباطی است بین برهم‌کنش‌های هوا-دریا. محلی است که از طریق آن تمام انرژی و گازها می‌بایست جریان یابند. خورشید انرژی ساطع می‌کند، که به شکل گرما توسط اقیانوس‌ها جذب می‌شود و این گرما سپس به درون جو آزاد می‌شود. گازهای جو مثل دی‌اکسیدکربن در اقیانوس‌ها حل می‌شوند. در واقع، حدود ۳۰ درصد تمام دی‌اکسیدکربن جهان جذب می‌شود. پلانکتون‌ها و میکروارگانیسم‌ها اکسیژن را به درون جو آزاد می‌کنند، تقریباً نفسی که می‌گیریم یک در میان از اقیانوس می‌آید.
بخشی از آن گرما صرف تبخیر می‌شود که موجب تشکیل ابرها می‌شود و سپس در نهایت به بارندگی منجر می‌شود. و گرادیان‌های فشار بادهای سطحی را بوجود می‌آورد، که رطوبت را به درون جو می‌برد. بخشی از گرما به اعماق اقیانوس ساطع می‌شود و در لایه‌های مختلف ذخیره می‌شود، اقیانوس دارد همانند یک بویلر در مقیاس سیاره عمل می‌کند تا تمام انرژی را ذخیره کند، که بعدها ممکن است به شکل حوادث کوتاه مدتی مثل طوفان و گرداب یا پدیده‌ بلندمدتی مثل ال‌نینو آزاد شود. این لایه‌ها می‌توانند با جریان‌های بالارونده عمودی یا جریان‌های افقی ترکیب شده و عاملی باشند برای انتقال گرما از استوا به قطب‌ها. و البته، حیات دریایی را فراموش نکنیم که بزرگترین اکوسیستم روی زمین است، از میکروارگانیسم‌ها تا ماهی‌ها و پستانداران دریایی، مانند فک‌ها، دلفین‌ها و وال‌ها.
اما همه اینها اغلب از دید ما پنهان هستند. چالش مطالعه این متغیرهای بزرگ اقیانوسی از جنس انرژی است، انرژی لازم برای ارسال سنسورها به اعماق اقیانوس. و البته راه‌حل‌های زیادی آزمایش شده‌اند -- از دستگاه‌های عمل‌کننده توسط امواج تا شناورهای سطحی تا تجهیزات الکتریکی خورشیدی -- هر یک با مزایای مختص خودش. دستاورد تیم ما از یک منبع غیرمحتمل آمده است -- دست یافتن به سرعت رکورد جهانی با یک قایق بادبانی. در نتیجه ده سال تحقیق و توسعه به یک شکل جدید از بال دست یافتیم که برای کنترل فقط به سه وات برق نیاز دارد ولی می‌تواند یک وسیله نقلیه را در سرتاسر جهان و با سطح نامحدود اتوماسیون حرکت دهد. با افزودن این بال به یک وسیله نقلیه دریایی، پیدایش قایق‌های بدون سرنشین اقیانوسی را اعلام کردیم.
اینها از چیزی که به نظر می‌رسد بزرگتر هستند. اینها دارای ۴/۵ متر ارتفاع،۷ متر طول و ۲/۱ متر عمق هستند. فکر کنید چیزی شبیه ماهواره دریایی. اینها با دسته‌ای از سنسورهای علمی تجهیز شده‌اند که تمام متغیرهای کلیدی را اندازه می‌گیرند، هم اقیانوس‌شناسی و هم هواشناسی، و یک لینک مستقیم ماهواره‌ای این اطلاعات دقیق را به صورت لحظه‌ای مخابره می‌کند. تیم ما چند سال اخیر به شدت کار کرده است، تا مأموریتی را در سخت‌ترین شرایط اقیانوسی روی کره زمین، از قطب تا نواحی استوایی اقیانوس آرام انجام دهد. ما تمام مسیر را تا یخچال‌های قطبی دریانوردی کرده‌ایم. به درون طوفان‌های اقیانوس اطلس رفته‌ایم. کیپ هورن (جنوب شیلی) را دور زده‌ایم، از لابه‌لای سکوهای نفتی خلیج مکزیک عبور کرده‌ایم. رباتی قدرتمند است.
بگذارید بخشی از کارهای اخیر را در اطراف جزایر پریبیلف عرض کنم. گروهی از جزایر کوچک در دریای سرد برینگ بین آمریکا و روسیه. اکنون دریای برینگ منزلگاه والی پولاک است، که نوعی ماهی سفید است که ممکن است نشناسید، ولی اگر علاقمند سوریمی یا فیش استیک هستید احتمالاً مزه کرده‌اید. بله سوریمی شبیه گوشت خرچنگ است ولی در واقع پولاک است. و صید پولاک بزرگترین صیادی کشور هم از لحاظ ارزش و هم از لحاظ حجم است-- حدود ۱/۴ میلیارد کیلوگرماز این ماهی سالانه صید می‌شود.
بنابراین چند سال اخیر ناوگانی از قایق‌های بدون سرنشین کار سختی را در دریای برینگ داشته‌اند به هدف اینکه میزان ذخیره منابع ماهی پولاک را برآورد کنند. این برآورد به نظام سهمیه‌بندی برای مدیریت ذخایر شیلاتی کمک می‌کند، از نابودی ذخایر شیلاتی جلوگیری می‌کند و این اکوسیستم شکننده را حفظ می‌کند. اکنون، قایق‌های بدون سرنشین بستر ماهیگیری را با امواج صوتی یا همان سونار بررسی می‌کنند. امواج صوتی را به سمت پایین می‌فرستد، و بازتاب امواج صوتی از بستر دریا یا گروه ماهی‌ها اطلاعاتی از اتفاقاتی که زیر سطح دریا رخ می‌دهد را به ما می‌دهد. این قایق‌های بدون سرنشین اقیانوسی در کارهای تکرارشدنی خیلی خوب هستند، بنابراین دارند دریای برینگ را روز به روز شبکه‌بندی می‌کنند.
اکنون، جزایر پریبیلف منزلگاه گروه بزرگی از فک‌های خزدار هم هستند. در دهه ۱۹۵۰ حدود دو میلیون از این حیوان وجود داشت. متأسفانه این روزها تعداد آن‌ها به شدت کاهش یافته است. کمتر از ۵۰ درصد آن تعداد باقی مانده‌اند، و کاهش جمعیت همچنان به شدت ادامه دارد. برای اینکه علت را دریابیم، همکار دانشمندمان در آزمایشگاه ملی پستانداران دریایی یک برچسب جی‌پی‌اس را به تعدادی از فک‌های مادر و به خز آن‌ها چسبانده است. و این برچسب موقعیت و عمق را اندازه می‌گیرد و دارای یک دوربین کوچک است که با تکانه‌های ناگهانی فعال می‌شود. این فیلمی است که توسط یک فک در زیر آب تهیه شده است، و نگاهی بی‌سابقه به شکار زیر آب را به ما عرضه می‌کند در اعماق قطب شمال، و گرفتن این طعمه پولاک درست ثانیه‌هایی قبل از خورده شدن.
کار کردن در قطب شمال بسیار سخت است حتی برای یک ربات آنها باید در کولاک آگوست دوام بیاورند و مداخله تماشاگرنماها -- این فک خالدار که دارد از سواری لذت می‌برد.
(خنده)
اکنون، برچسب فک‌ها بیش از دویست‌هزار شیرجه زیرآبی را در طول فصل ثبت کرده‌اند، و با یک نگاه دقیق‌تر، ما توانسته‌ایم مسیر هر فک و شیرجه‌های تکراری را ببینیم. در مسیری برای رمزگشاییاتفاقات در حال وقوع در این محیط غذایی فک‌ها قرار داریم، و این واقعاً زیباست. وقتی با اطلاعات بازتاب امواج صوتی حاصل از قایق بدون سرنشین مواجه می‌شوید، کم‌کم تصویری حاصل می‌شود. فک‌ها جزایر را ترک می‌کنند و از چپ به راست شنا می‌کنند، مشاهده می‌شود که فک‌ها در اعماق نسبتاً کم حدود ۲۰ متر شیرجه می‌روند، اعماقی که قایق بدون سرنشین محلی از تجمع پولاک‌های جوان و با کالری کم تشخیص داده است. سپس فک‌ها فواصل بسیار بیشتری را شنا می‌کنند و عمیق‌تر شیرجه می‌روند به محلی که قایق بدون سرنشین تجمع بزرگتر از پولاک‌های بالغ‌تر را تشخیص داده که به عنوان ماهی مغذی‌تر هستند. متأسفانه کالری‌ها توسط فک‌های مادر برای شنای مسافت‌های اضافه مصرف می‌شود و هنگام بازگشت انرژی کافی برای شیر دادن به توله‌ها باقی نمی‌ماند، که به کاهش جمعیت منجر می‌شود. بعلاوه قایق‌ها تشخیص داده‌اند که دمای آب اطراف جزایر به شدت گرم شده است. این شاید یکی از علت‌های مهاجرت پولاک‌ها به سمت شمال باشد، و به دنبال مناطق سردتری باشند. خب تحلیل داده‌ها ادامه دارد، اما پیشاپیش می‌توانیم برخی از قطعات پازل راز فک‌های خزدار را ببینیم و بر آن تمرکز کنیم.
اما اگر وسیع‌تر بنگریم، ما هم پستاندار هستیم. و در واقع اقیانوس‌ها سالانه بیش از ۲۰کیلو ماهی به ازای هر نفر فراهم می‌کنند. اگر منابع ماهی خود را تمام کنیم از داستان فک خزدار چه می‌توانیم بیاموزیم؟ فارغ از بحث ماهی، اقیانوس‌ها هر روز بر ما اثر می‌گذارند زیرا سیستم آب و هوای جهانی را به وجود می‌آورند، که روی چیزهایی مثل تولید جهانی کشاورزی اثر می‌گذارد یا می‌تواند از طریق طوفان‌ها، گرمای شدید و سیل‌ها به ویرانی نفوس و املاک منجر شود. اقیانوس‌ها به شدت ناشناخته و بررسی نشده هستند، و امروز ما در مورد سیارات دیگر بیش از سیاره خودمان می‌دانیم.
اما اگر شما این اقیانوس وسیع را به مربع‌های درجه شش در شش تقسیم کنید، هر ضلع مربع حدود ۶۴۴ کیلومتر باشد، هزار تا از این مربع‌ها خواهید داشت. و قدم به قدم با همکارانمان کار کنیم، ما داریم در هر یک از این مربع‌ها یک قایق بدون سرنشین می‌فرستیم، به امید اینکه کل سیاره را پوشش دهیم که به ما دید بهتری از دیگر سیستم‌های سیاره‌ای خواهد داد که بر انسانیت ما اثر می‌گذارد.
ما از ربات‌ها برای مطالعه جهان‌های دور در منظومه شمسی مدتی است که استفاده می‌کنیم. الان وقت آن رسیده که سیاره خودمان را کمیت‌سنجی کنیم، چون نمی‌توانیم چیزی را که نمی‌توان اندازه گرفت، تعمیر کنیم، و نمی‌توانیم برای چیزی که نمی‌دانیم آماده شویم.
متشکرم.
(تشویق)